JP2019059983A - 軸受部品及び転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】寸法安定性及び静的負荷容量を両立させることができる軸受部品を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る鋼製の軸受部品は、表面に焼入硬化層を有する。焼入硬化層は、マルテンサイト相と、オーステナイト相と、炭化物相とを含む。マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅をＸ（単位：°）、焼入硬化層中におけるオーステナイト相の体積比率をＹ（単位：パーセント）、焼入硬化層中における炭化物相の面積比率をＺ（単位：パーセント）とした場合、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係が充足される。【選択図】図５
Description
本発明は、軸受部品及び転がり軸受に関する。
転がり軸受を構成する内輪及び外輪の軌道面並びに転がり軸受を構成する転動体の転動面には、焼入硬化層が設けられている。焼入硬化層は、残留オーステナイト相を含有している。転がり軸受が高温環境下において長時間使用された場合には、残留オーステナイト相が、フェライト相と、炭化物相とに分解する。残留オーステナイト相とフェライト相とは、結晶構造が異なっているため、残留オーステナイト相が分解される際、体積変化（膨張）が生じる。例えば転がり軸受を構成する内輪の体積が変化（膨張）した場合、軸とのはめあい代が減少し、クリープを引き起こす。このように、転がり軸受を構成する軸受部品の体積変化（膨張）は、転がり軸受の早期損傷の原因となる。
転がり軸受の静止中に大荷重が印加された場合に、軌道面及び転動面に圧痕が生じる場合がある。このような圧痕は、転がり軸受の回転精度の低下及び回転時の異音の原因となる。以上のように、転がり軸受を構成する軸受部品には、高い寸法安定性及び高い静的負荷容量が求められる。
例えば特開２０１３−１２４４１６号公報（特許文献１）には、軸受部品の表面に浸炭窒化処理を行うことにより、寸法安定性を改善する技術が記載されている。
転がり軸受を構成する軸受部品の機械的特性は、軸受部品を構成する鋼の金属組織と関連がある。しかしながら、軸受部品を構成する鋼がいかなる金属組織を有していれば寸法安定性及び静的負荷容量が改善されるかは、明らかになっていない。
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、寸法安定性及び静的負荷容量を両立させることができる軸受部品及び転がり軸受を提供するものである。
本発明の一態様に係る鋼製の軸受部品は、表面に焼入硬化層を有する。焼入硬化層は、マルテンサイト相と、オーステナイト相と、炭化物相とを含む。マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅をＸ（単位：°）、焼入硬化層中におけるオーステナイト相の体積比率をＹ（単位：パーセント）、焼入硬化層中における炭化物相の面積比率をＺ（単位：パーセント）とした場合、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係が充足される。
マルテンサイト相中の炭素量が増加するほど（マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅が大きくなるほど）、焼入硬化層の硬度（静的負荷容量）が高くなる。他方で、マルテンサイト相中の炭素量を増加するほど、焼入硬化層中におけるオーステナイト相の体積比率が増加するとともに、焼入硬化層中における炭化物面積率が減少する。すなわち、マルテンサイト相中の炭素量が増加するほど、寸法安定性が低くなる。このことを別の観点からいえば、焼入硬化層の静的負荷容量と寸法安定性とは、トレードオフの関係にある。本発明者らが見出した知見によると、焼入硬化層が０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係を満たす場合には、寸法安定性を維持できる範囲内で静的負荷容量を改善することができる。したがって、本発明の一態様に係る軸受部品によると、寸法安定性及び静的負荷容量を両立させることができる。
上記の軸受部品において、半値幅は、ＣｕＫα線によるマルテンサイト相の｛２１１｝面における回折ピークの半値幅であってもよい。上記の軸受部品において、鋼は、ＪＩＳ規格に定められるＳＵＪ２であってもよい。
上記の軸受部品において、焼入硬化層の寸法変化率は、６×１０−４以下であってもよい。焼入硬化層に直径が３／８インチのセラミックス球を４７１Ｎの荷重で押し付けた際の圧痕深さが０．２μｍ以下となっていてもよい。
本発明の一態様に係る転がり軸受は、第１軌道面を有する鋼製の内輪と、第２軌道面を有し、かつ第２軌道面が第１軌道面と対向するように配置される鋼製の外輪と、内輪と外輪との間に配置され、かつ転動面を有する鋼製の転動体とを備える。第１軌道面、第２軌道面及び転動面の少なくとも１つには、焼入硬化層が設けられる。焼入硬化層は、マルテンサイト相と、オーステナイト相と、炭化物相とを含む。マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅をＸ（単位：°）、焼入硬化層中におけるオーステナイト相の体積比率をＹ（単位：パーセント）、焼入硬化層中における炭化物相の面積比率をＺ（単位：パーセント）とした場合に、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１を充足する。
本発明の一態様に係る軸受部品及び転がり軸受によると、寸法安定性及び静的負荷容量を両立させることができる。
図面を参照して、実施形態の詳細を説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さないものとする。
（実施形態に係る軸受部品の構成）
以下に、実施形態に係る軸受部品１０の構成を説明する。
以下に、実施形態に係る軸受部品１０の構成を説明する。
実施形態に係る軸受部品１０は、例えば転がり軸受の内輪である。但し、実施形態に係る軸受部品１０は、これに限られるものではない。実施形態に係る軸受部品１０は、転がり軸受の外輪又は転動体であってもよい。以下においては、実施形態に係る軸受部品１０がラジアル玉軸受の内輪である場合を例として、説明を行う。
実施形態に係る軸受部品１０は、鋼製である。実施形態に係る軸受部品１０を構成する鋼は、例えば軸受鋼である。実施形態に係る軸受部品１０を構成する鋼は、好ましくは、ＪＩＳ Ｇ ４８０５：２００８（以下においては、単に「ＪＩＳ規格」という。）に定められている高炭素クロム軸受鋼である。より具体的には、実施形態に係る軸受部品１０を構成する鋼は、ＪＩＳ規格に定められているＳＵＪ２である。
図１は、実施形態に係る軸受部品１０の上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示すように、実施形態に係る軸受部品１０は、環状形状（リング状形状）を有している。
実施形態に係る軸受部品１０は、中心軸Ａを有している。実施形態に係る軸受部品１０は、上面１０ａと、底面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。上面１０ａ及び底面１０ｂは、中心軸Ａに直交する。底面１０ｂは、上面１０ａの反対面である。内周面１０ｃ及び外周面１０ｄは、上面１０ａ及び底面１０ｂに連なっている。内周面１０ｃ及び外周面１０ｄは、中心軸Ａに平行である。内周面１０ｃと中心軸Ａとの距離は、外周面１０ｄと中心軸Ａとの距離よりも近くなっている。外周面１０ｄは、軌道面を構成している。外周面１０ｄには、軌道溝が設けられている。外周面１０ｄは、軌道溝において、内周面１０ｃ側に窪んでいる。
図３は、図２のＩＩＩにおける拡大図である。図３に示すように、実施形態に係る軸受部品１０は、焼入硬化層１１を有している。焼入硬化層１１は、焼入れにより硬化した鋼により構成される層である。焼入硬化層１１は、実施形態に係る軸受部品１０の表面にある。より具体的には、焼入硬化層１１は、外周面１０ｄにある。
焼入硬化層１１は、オーステナイト相と、マルテンサイト相と、炭化物相とを含有している。なお、焼入硬化層１１は、フェライト相も含有している。オーステナイト相は、ｆｃｃ（face center cubic）構造を有する鉄（Ｆｅ）の高温相である。マルテンサイト相は、炭素を含有する（炭素が固溶した）オーステナイト相を急冷して得られる鉄の非平衡相である。炭化物相は、鉄の炭化物（例えばＦｅ３Ｃ、セメンタイト）により構成される相である。フェライト相は、ｂｃｃ（body center cubic）構造を有する鉄の低温相である。
焼入硬化層１１中のマルテンサイト相の半値幅をＸ（単位：°）、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率をＹ（単位：パーセント）、焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率をＺ（単位：パーセント）とした場合、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係式が充足されている。
焼入硬化層１１に対してＸ線回折を行った場合、マルテンサイト相の特定の結晶面に対応する角度θ１において、回折ピークが生じる。また、焼入硬化層１１に対してＸ線回折を行った場合、角度θ１よりも大きい角度θ２及び角度θ１よりも小さい角度θ３において、回折ピーク値の１／２の回折強度を示す。角度θ２と角度θ３との差が、マルテンサイト相のＸ線回折における回折ピークの半値幅となる。
上記の特定の結晶面は、マルテンサイト相の｛２１１｝面であることが好ましい。マルテンサイト相の｛２１１｝面とは、マルテンサイト相の（２１１）面と結晶学的に等価な全ての面をいう。このＸ線回折に用いられるＸ線は、ＣｕＫα線であることが好ましい。なお、Ｘ線回折は、例えばリガク社製のＭＳＦ−３Ｍを用いて行われる。
焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率及び焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率は、以下の方法により測定される。第１に、実施形態に係る軸受部品１０の鏡面研磨が行われる。第２に、鏡面研磨面の腐食が行われる。この腐食は、ピクリン酸及びアルコールを含む腐食液（ピラクル）を用いて行われる。第３に、腐食された鏡面研磨面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）観察が行われる。
そして、腐食された鏡面研磨面から取得されたＳＥＭ画像に対して画像解析を行うことにより、焼入硬化層１１中のオーステナイト相の面積比率及び炭化物相の面積比率が算出される。なお、焼入硬化層１１中のオーステナイト相の面積比率は、焼入硬化層１１中のオーステナイト相の体積比率とみなされる。
（実施形態に係る転がり軸受の構成）
以下に、実施形態に係る転がり軸受１００の構成を説明する。
以下に、実施形態に係る転がり軸受１００の構成を説明する。
実施形態に係る転がり軸受１００は、例えばラジアル玉軸受である。但し、実施形態に係る転がり軸受１００は、これに限れるものではない。実施形態に係る転がり軸受１００は、スラスト玉軸受であってもよい。実施形態に係る転がり軸受１００は、ラジアルころ軸受であってもよい。実施形態に係る転がり軸受１００は、スラストころ軸受であってもよい。以下においては、実施形態に係る転がり軸受１００がラジアル玉軸受である場合を例として、説明を行う。
図４は、実施形態に係る転がり軸受１００の断面図である。図４に示すように、実施形態に係る転がり軸受１００は、内輪２０と、外輪３０と、転動体４０と、保持器５０とを有している。内輪２０、外輪３０及び転動体４０は、鋼製である。この鋼は、例えば軸受鋼である。この鋼は、好ましくは、ＪＩＳ規格に定められている高炭素クロム軸受鋼である。より具体的には、この鋼は、ＪＩＳ規格に定められているＳＵＪ２である。
内輪２０は、リング状の部材である。内輪２０は、第１軌道面２０ａを有している。より具体的には、第１軌道面２０ａは、内輪２０の外周面により構成されている。第１軌道面２０ａには、軌道溝が設けられている。外輪３０は、リング状の部材である。外輪３０は、第２軌道面３０ａを有している。より具体的には、第２軌道面３０ａは、外輪３０の内周面により構成されている。第２軌道面３０ａには、軌道溝が設けられている。内輪２０と外輪３０とは、第１軌道面２０ａと第２軌道面３０ａとが互いに対向するように配置されている。より具体的には、外輪３０は、内輪２０の外側に配置されている。
転動体４０は、球状の部材である。転動体４０は、転動面４０ａを有している。より具体的には、転動面４０ａは、転動体４０の表面により構成されている。転動体４０は、第１軌道面２０ａに設けられた軌道溝と第２軌道面３０ａに設けられた軌道溝とに挟み込まれるように、内輪２０と外輪３０との間に配置されている。
図４において図示していないが、第１軌道面２０ａ、第２軌道面３０ａ及び転動面４０ａの少なくとも１つには、焼入硬化層１１が設けられている。すなわち、内輪２０、外輪３０及び転動体４０の少なくとも１つは、実施形態に係る軸受部品１０である。焼入硬化層１１は、実施形態に係る軸受部品１０の焼入硬化層１１と同じものである。
つまり、第１軌道面２０ａ、第２軌道面３０ａ及び転動面４０ａに設けられる焼入硬化層１１は、マルテンサイト相と、オーステナイト相と、炭化物相とを含んでおり、焼入硬化層１１中のマルテンサイト相のＸ線回折における半値幅をＸ（単位：°）、焼入硬化層１１中のオーステナイト相の体積比率をＹ（単位：パーセント）、焼入硬化層１１中の炭化物相の面積比率をＺ（単位：パーセント）とした場合に、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係式が充足されている。
保持器５０は、例えば合成樹脂製である。保持器５０は、リング状の部材である。保持器５０には、貫通穴が設けられている。貫通穴は、内周面側から外周面側に向かって、保持器５０を貫通している。貫通穴は、保持器５０の周方向において、所定のピッチで配置されている。保持器５０は、第１軌道面２０ａと第２軌道面３０ａに挟み込まれるように内輪２０と外輪３０との間に配置されている。貫通穴内には、転動体４０が配置されている。これにより、転動体４０が、周方向に沿って、所定のピッチで配置される。
（実施形態に係る軸受部品の製造方法）
以下に、実施形態に係る軸受部品１０の製造方法を説明する。
以下に、実施形態に係る軸受部品１０の製造方法を説明する。
図５は、実施形態に係る軸受部品１０の製造方法を示す工程図である。図５に示すように、実施形態に係る軸受部品１０の製造方法は、準備工程Ｓ１０と、焼入工程Ｓ２０と、焼戻工程Ｓ３０と、後処理工程Ｓ４０とを有している。
準備工程Ｓ１０においては、焼入工程Ｓ２０及び焼戻工程Ｓ３０を経ることにより実施形態に係る軸受部品１０となる加工対象部材が準備される。加工対象部材は、鋼製のリング状の部材である。この鋼は、例えば軸受鋼である。この鋼は、ＪＩＳ規格に定められる高炭素クロム軸受鋼であることが好ましい。より具体的には、この鋼は、ＪＩＳ規格に定められるＳＵＪ２であることが好ましい。
焼入工程Ｓ２０は、加熱工程Ｓ２１と、冷却工程Ｓ２２とを有している。加熱工程Ｓ２１においては、加工対象部材が、Ａ１変態点以上の温度（以下においては、「加熱温度」という。）まで加熱される。Ａ１変態点とは、鋼中のフェライト相がオーステナイト相への変態を開始する温度である。加熱工程Ｓ２１においては、加工対象部材が加熱温度まで加熱された後、加熱温度で所定時間（以下においては、「保持時間」という。）保持される。加熱温度は、９００℃以上１０００℃以下であることが好ましい。加熱温度は、９００℃以上９５０℃以下であることがさらに好ましい。この加熱は、例えばシングルターンコイルを用いた誘導加熱により行われる。
保持時間が長くなるにつれて、又は加熱温度が高くなるにつれて、加熱工程Ｓ２１において加工対象部材を構成する鋼材の母材中に固溶する炭素量が多くなる。そのため、保持時間及び加熱温度を制御することにより、焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率を制御することができる。
鋼材中のマルテンサイト相における炭素の固溶量が大きくなるにしたがって、マルテンサイト結晶のｃ軸が伸びることになる。そのため、マルテンサイト相のＸ線回折における回折ピークの半値幅が大きくなる傾向にある。鋼材中のマルテンサイト相における炭素の固溶量は、保持時間を長くするほど、又は加熱温度を高くするほど多くなる傾向にある。したがって、保持時間及び加熱温度を制御することにより、マルテンサイト相のＸ線回折における回折ピークを制御することができる。
上記のとおり、保持時間が長くなるほど、又は加熱温度が高くなるほど、鋼材中に多くの炭素が固溶する傾向にある。鋼材中の炭素固溶量が多くなるほど、冷却工程Ｓ２２後にマルテンサイト相に変態することなく残留するオーステナイト相が多くなる傾向がある。そのため、保持時間及び加熱温度を制御することにより、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率を制御することができる。
冷却工程Ｓ２２においては、加工対象部材の冷却が行われる。冷却工程Ｓ２２においては、加工対象部材は、加熱温度から加工対象部材を構成する鋼のＭＳ点以下の温度（以下においては、「冷却温度」という。）まで冷却される。ＭＳ点とは、オーステナイト相がマルテンサイト相への変態を開始する温度である。冷却工程Ｓ２２における加工対象部材の冷却は、従来周知の任意の冷媒を用いて行われる。加工対象部材の冷却に用いられる冷媒は、例えば油又は水である。
なお、冷却工程Ｓ２２における冷却温度及び冷却速度は、加熱工程Ｓ２１において形成された鋼材中のオーステナイト相のうちの冷却工程Ｓ２２によりマルテンサイト相となる量（別の観点からいえば、冷却工程Ｓ２２後においてもオーステナイト相のまま残留する量）に影響する。そのため、冷却温度及び冷却速度を制御することによっても、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率を制御することができる。
焼戻工程Ｓ３０においては、加工対象部材を構成する鋼が焼き戻される。加工対象部材の焼き戻しは、加工対象部材を、Ａ１点未満の温度（以下においては、「焼戻温度」という。）で所定時間（以下においては、「焼戻時間」という。）保持することにより行われる。焼戻温度は、例えば１８０℃である。焼戻時間は、例えば２時間である。
焼戻工程Ｓ３０においては、冷却工程Ｓ２２によってもマルテンサイト相とならなかったオーステナイト相が、フェライト相と炭化物相とに分解される。このオーステナイト相のフェライト相及び炭化物相へと分解される量は、焼戻温度及び焼戻時間を制御することにより、変化する。そのため、焼戻時間及び焼戻時間を制御することにより、焼入硬化層１１中のオーステナイト相の体積比率を制御することができる。
後処理工程Ｓ４０においては、加工対象部材に対する後処理が行われる。後処理工程Ｓ４０においては、例えば、加工対象部材の洗浄、加工対象部材に対する研削、研磨等の機械加工等が行われる。以上により、軸受部品１０の製造が行われる。
（寸法変化率及び静的荷重容量の評価）
以下に、サンプル１〜サンプル９に対して行った寸法変化率及び静的荷重容量の評価試験について説明する。
以下に、サンプル１〜サンプル９に対して行った寸法変化率及び静的荷重容量の評価試験について説明する。
＜鋼材の組成＞
表１には、サンプル１〜サンプル９に用いられた鋼材の組成が示されている。なお、表１に示されていないが、鉄（Ｆｅ）は鋼材の残部を構成している。表１に示すように、サンプル１〜サンプル９に用いられた鋼材は、ＪＩＳ規格に定められるＳＵＪ２である。
表１には、サンプル１〜サンプル９に用いられた鋼材の組成が示されている。なお、表１に示されていないが、鉄（Ｆｅ）は鋼材の残部を構成している。表１に示すように、サンプル１〜サンプル９に用いられた鋼材は、ＪＩＳ規格に定められるＳＵＪ２である。
＜試料の形状及び寸法＞
サンプル１〜サンプル９は、リング状部材である。このリング状部材の寸法は、外径６０．３ｍｍ、内径５３．７ｍｍ、幅１５．３ｍｍである。
サンプル１〜サンプル９は、リング状部材である。このリング状部材の寸法は、外径６０．３ｍｍ、内径５３．７ｍｍ、幅１５．３ｍｍである。
＜熱処理条件＞
表２には、サンプル１〜サンプル９に対して行われた熱処理の熱処理条件が示されている。表２に示すように、サンプル１〜サンプル９においては、加熱工程Ｓ２１における加熱温度は、９００℃、９５０℃又は１０００℃とされた。
表２には、サンプル１〜サンプル９に対して行われた熱処理の熱処理条件が示されている。表２に示すように、サンプル１〜サンプル９においては、加熱工程Ｓ２１における加熱温度は、９００℃、９５０℃又は１０００℃とされた。
サンプル１〜サンプル９においては、焼入工程Ｓ２０及び焼戻工程Ｓ３０は、焼入硬化層１１中における炭化物の面積率（Ｚ）が、４パーセント、８パーセント又は１２パーセントとなるように行われた。
＜寸法変化率評価試験方法＞
寸法変化率の評価試験においては、サンプル１〜サンプル９は、外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、幅１５ｍｍの寸法の試験片に研磨された。この研磨後、各試験片は、大気中において、２３０℃で２時間保持された。この保持の後に、各試験片の寸法変化率が測定された。寸法変化率は、試験片毎に、互いに９０°異なる２箇所の位置で測定された。寸法変化率は、各々のサンプルについて、３個の試験片の平均値とされた。寸法変化率が６×１０−４以下である場合「ＯＫ」と評価し、６×１０−４を超えている場合を「ＮＧ」と評価した。
寸法変化率の評価試験においては、サンプル１〜サンプル９は、外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、幅１５ｍｍの寸法の試験片に研磨された。この研磨後、各試験片は、大気中において、２３０℃で２時間保持された。この保持の後に、各試験片の寸法変化率が測定された。寸法変化率は、試験片毎に、互いに９０°異なる２箇所の位置で測定された。寸法変化率は、各々のサンプルについて、３個の試験片の平均値とされた。寸法変化率が６×１０−４以下である場合「ＯＫ」と評価し、６×１０−４を超えている場合を「ＮＧ」と評価した。
＜静的負荷容量評価試験方法＞
静的負荷容量評価試験においては、サンプル１〜サンプル９は、ワイヤカットにより６ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍの試験片に成型された後、鏡面研磨を施すことにより、試験片とされた。静的負荷容量評価試験は、鏡面研磨が施された各試験片の６ｍｍ×１５ｍｍの面に、直径３／８インチのセラミックス製のボールを一定荷重で押し付けた際に塑性変形によって生じる圧痕の深さを測定することにより行った。セラミックス製のボールを押し付ける際の荷重は、４７１Ｎである。なお、この荷重は、ヘルツ接触のＰｍａｘが４ＧＰａである場合に相当する。圧痕の深さは、各々のサンプルについて、３個の試験片の平均値とされた。なお、圧痕の深さが０．２０μｍ以下である場合を「ＯＫ」と評価し、０．２０μｍを超えている場合を「ＮＧ」と評価した。
静的負荷容量評価試験においては、サンプル１〜サンプル９は、ワイヤカットにより６ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍの試験片に成型された後、鏡面研磨を施すことにより、試験片とされた。静的負荷容量評価試験は、鏡面研磨が施された各試験片の６ｍｍ×１５ｍｍの面に、直径３／８インチのセラミックス製のボールを一定荷重で押し付けた際に塑性変形によって生じる圧痕の深さを測定することにより行った。セラミックス製のボールを押し付ける際の荷重は、４７１Ｎである。なお、この荷重は、ヘルツ接触のＰｍａｘが４ＧＰａである場合に相当する。圧痕の深さは、各々のサンプルについて、３個の試験片の平均値とされた。なお、圧痕の深さが０．２０μｍ以下である場合を「ＯＫ」と評価し、０．２０μｍを超えている場合を「ＮＧ」と評価した。
なお、寸法変化率評価試験及び静的負荷容量評価試験の結果と、サンプル１〜サンプル９の金属組織との関係を評価するため、サンプル１〜サンプル９について、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率（Ｙ）及びマルテンサイト相のＸ線回折における半値幅（Ｘ）の測定を行った。マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅の測定は、マルテンサイト相の｛２１１｝面を対象とし、ＣｕＫα線を用いて行われた。なお、マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅（Ｘ）、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率（Ｙ）及び焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率（Ｚ）が０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係を満たしている場合に「ＯＫ」と評価し、この関係を満たしていない場合に「ＮＧ」と評価した。
＜試験結果＞
表３には、サンプル１〜サンプル９についての寸法変化率評価試験及び静的負荷容量評価試験の結果が示されている。
表３には、サンプル１〜サンプル９についての寸法変化率評価試験及び静的負荷容量評価試験の結果が示されている。
表３に示すように、サンプル１〜サンプル４については、寸法変化率評価試験の結果及び静的負荷容量評価試験の結果が、いずれも「ＯＫ」であった。他方で、サンプル５〜サンプル９については、寸法変化率評価試験結果及び静的負荷容量評価試験の結果の少なくともいずれか一方が、「ＮＧ」であった。
また、表３には、サンプル１〜サンプル９において、マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅（Ｘ）、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率（Ｙ）及び焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率（Ｚ）が、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１を満たしているか否かが示されている。
表３に示すように、サンプル１〜サンプル４については、マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅（Ｘ）、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率（Ｙ）及び焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率（Ｚ）が０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係を満たしている一方、サンプル５〜サンプル９については、この関係が満たされていなかった。
このことから、マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅（Ｘ）、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率（Ｙ）及び焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率（Ｚ）が、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係を満たしている場合には、実施形態に係る軸受部品１０の寸法安定性及び静的負荷容量が改善されることが明らかにされた。
（実施形態に係る軸受部品、転がり軸受及び軸受部品の製造方法の効果）
マルテンサイト相中の炭素量が増加するほど、マルテンサイト相の結晶がｃ軸方向に伸び、マルテンサイト相の格子ひずみが大きくなる。その結果、マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅が大きくなるとともに、マルテンサイト相の硬度が上昇し、焼入硬化層１１の硬度が上昇する（実施形態に係る軸受部品１０の静的負荷容量が改善する）。
マルテンサイト相中の炭素量が増加するほど、マルテンサイト相の結晶がｃ軸方向に伸び、マルテンサイト相の格子ひずみが大きくなる。その結果、マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅が大きくなるとともに、マルテンサイト相の硬度が上昇し、焼入硬化層１１の硬度が上昇する（実施形態に係る軸受部品１０の静的負荷容量が改善する）。
しかしながら、マルテンサイト相中の炭素量を増加させるためには、加熱時間を上昇させる、又は保持時間を長くすることが必要となる。加熱時間を上昇させた場合又は保持時間を長くした場合には、焼入硬化層１１中の炭化物相の量が減少するとともに、加熱工程Ｓ２１において形成されるオーステナイト相の量が増える。その結果、冷却工程Ｓ２２によってもマルテンサイト相に変態することなく残留する焼入硬化層１１中のオーステナイト相（残留オーステナイト）の量が増加し、実施形態に係る軸受部品１０の寸法安定性が低下してしまう。
このように、静的負荷容量と寸法安定性との間にはトレードオフ関係が存在するため、マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率及び焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率が適切に制御されなければ、実施形態に係る軸受部品１０の静的負荷容量及び寸法安定性を両立させることができない。
上記の通り、実施形態に係る軸受部品１０においては、マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅（Ｘ）、焼入硬化層１１中におけるオーステナイト相の体積比率（Ｙ）及び焼入硬化層１１中における炭化物相の面積比率（Ｚ）が、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係を満たしている。上記の試験結果から、この関係が満たされている場合には、寸法安定性の維持しつつ、静的負荷容量を改善することができる。そのため、実施形態に係る軸受部品１０によると、寸法安定性及び静的負荷容量を両立することができる。
上記のとおり、実施形態に係る転がり軸受１００においては、第１軌道面２０ａ、第２軌道面３０ａ及び転動面４０ａの少なくとも１つは、焼入硬化層１１が設けられている。そのため、実施形態に係る転がり軸受１００によると、寸法安定性及び静的負荷容量を両立させることができる。
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
上記の実施形態は、軸受部品、その製造方法及び当該軸受部品を用いた転がり軸受に特に有利に適用される。
１０ 軸受部品、１０ａ 上面、１０ｂ 底面、１０ｃ 内周面、１０ｄ 外周面、１１ 焼入硬化層、２０ 内輪、２０ａ 第１軌道面、３０ 外輪、３０ａ 第２軌道面、４０ 転動体、４０ａ 転動面、５０ 保持器、１００ 転がり軸受、Ａ 中心軸、Ｓ１０ 準備工程、Ｓ２０ 焼入工程、Ｓ２１ 加熱工程、Ｓ２２ 冷却工程、Ｓ３０ 焼戻工程、Ｓ４０ 後処理工程。
Claims (5)
- 表面に焼入硬化層を有する鋼製の軸受部品であって、
前記焼入硬化層は、マルテンサイト相と、オーステナイト相と、炭化物相とを含み、
前記マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅をＸ（単位：°）、前記焼入硬化層中における前記オーステナイト相の体積比率をＹ（単位：パーセント）、前記焼入硬化層中における前記炭化物相の面積比率をＺ（単位：パーセント）とした場合に、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１との関係が充足される、軸受部品。 - 前記半値幅は、ＣｕＫα線による前記マルテンサイト相の｛２１１｝面の回折ピークの半値幅である、請求項１に記載の軸受部品。
- 前記鋼は、ＪＩＳ規格に定められるＳＵＪ２である、請求項１又は請求項２に記載の軸受部品。
- 前記焼入硬化層の寸法変化率は、６×１０−４以下であり、
前記焼入硬化層に直径が３／８インチのセラミックス球を４７１Ｎの荷重で押し付けた際の圧痕深さが０．２μｍ以下となる、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の軸受部品。 - 第１軌道面を有する鋼製の内輪と、
第２軌道面を有し、かつ前記第２軌道面が前記第１軌道面と対向するように配置される鋼製の外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置され、かつ転動面を有する鋼製の転動体とを備え、
前記第１軌道面、前記第２軌道面及び前記転動面の少なくとも１つには、焼入硬化層が設けられ、
前記焼入硬化層は、マルテンサイト相と、オーステナイト相と、炭化物相とを含み、
前記マルテンサイト相のＸ線回折における半値幅をＸ（単位：°）、前記焼入硬化層中における前記オーステナイト相の体積比率をＹ（単位：パーセント）、前記焼入硬化層中における前記炭化物相の面積比率をＺ（単位：パーセント）とした場合に、０．０６４×Ｙ＋０．００２×Ｚ＜１かつ０．４３×Ｘ−０．１５×Ｙ＞１を充足する、転がり軸受。
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